《生态环境材料》全套教学课件

生态环境材料教学安排考核方式：考试(70%)+平时成绩(30%)教材生态环境材料聂祚仁、王志宏机械工业出版社2004参考文献1、生态环境材料王天民天津大学出版社20002、生态材料导论洪紫萍、王贵公化学工业出版社20013、环境材料学翁

端 清华大学出版社20014、环境材料基础左铁镛、聂祚仁 科学出版社20035、环境材料导论张剑波 北京大学出版社2008返回生态环境材料绪论第一节、生态环境材料第二节、内涵和定义第三节、研究与应用发展第四节、发展趋势第一章概论第一节

材料可持续发展的产物——生态环境材料一、背景材料的发展带来的环境问题材料的可持续发展-------生态环境材料材料的发展带来的环境问题旧石器时代中石器时代新石器时代人们的生产力水平非常低下，谈不上材料的生产的制备，材料的发展不会带来环境影响。原始经济时期资源经济时期(Ⅰ)人类进入工业文明时代，人口快速增长生产力水平的大大提高，人类经济活动扩大到地球的每一个角落，材料发展空间高涨，使人与自然的关系发生了历史性转变。蒸汽机早期火车汽车20世纪世界著名的十大公害事件PM2.5细颗粒物又称细粒、细颗粒。PM2.5细颗粒物指环境空气中空气动力学当量直径小于等于2.5微米的颗粒物，能较长时间悬浮于空气中。虽然PM2.5只是地球大气成分中含量很少的组分，但它对空气质量和能见度等有重要的影响。与较粗的大气颗粒物相比，PM2.5粒径小，面积大，活性强，易附带有毒、有害物质（例如，重金属、微生物等），且在大气中的停留时间长、输送距离远，因而对人体健康和大气环境质量的影响更大。2013年2月，全国科学技术名词审定委员会将PM2.5的中文名称命名为细颗粒物。细颗粒物的化学成分主要包括有机碳（OC）、元素碳（EC）、硝酸盐、硫酸盐、铵盐、钠盐（Na+）等。来源：固定源包括各种燃料燃烧；如发电、冶金、石油、化学、纺织印染等各种工业过程、供热、烹调过程中燃煤与燃气或燃油排放的烟尘。流动源主要是各类交通工具在运行过程中使用燃料时向大气中排放的尾气。空气质量等级24小时PM2.5平均值标准值(µg/m3)优0-50良50-100轻度污染100-150中度污染150-200重度污染200-300严重污染300以上全世界能源、各种原材料消耗快速；许多稀有金属回收再利用率很低，造成全球范围内能源、资源枯竭。由各种材料制成的产品废弃后的回收利用低，尤其是电子产品更新换代周期越来越短，造成废旧电子产品废弃量逐年增加，而且此类产品的回收利用难度较大。这些废弃物产生的有毒有害物质造成环境污染。拆解20万台旧家电，可以回收各类金属4100吨，塑料1300吨，玻璃640吨；1吨电路板，可分离出130公斤铜、20公斤锡、0.45公斤黄金，最后留下的残渣还能作为建筑材料、家具、绝缘材料的原料。每处置1吨电子垃圾，可获利润3000元至10000元；一年若处理100吨，年利润可达30万元至60万元。资源与能源材料的寿命周期与资源、环境的关系对资源的消耗可以概括为以下几方面。·能源的消耗·矿物资源的消耗·生物资源的消耗·水资源的消耗对生态环境的损害可以概括为如下几个方面。·向大气环境排放的有害物质，如大气污染物的诽出；具有温室效应气体的徘出，破坏大气臭氧层物质的排出；酸性气体物质的排出等。·向水域徘放的有害物质，如危害人体和生物体健康物质的排出;影响生态环境物质的徘出等。·向土壤排放的有害物质，如污染土壤物质的排出；恶化土质物质的诽出；危害生物链物质的排出等。·其他损害环境物质的排放，如固体废弃物的排放，恶臭物质的排放：噪声、振动、电磁波的产生等。表1.1世界主要金属矿物资源储量与预测使用的年限表1.2世界矿物能源储量、产量及其开采年限预测年限石油天然气煤炭铀确认储量1368亿t1380000亿m310392亿t低品位铀约139万t高品位铀约61万t1992年产量6800万t21600亿m345.5亿t2.7万t(不包括发展中国家)按1992年需求预计可开采年限466421974按2000年需求预计可开采年限2556按2010年需求预计可开采年限15材料在生产-使用-废弃的过程就是将大量的资源提取出来，又将大量的废弃物排放到自然环境中的循环过程，人类在创造社会文明的同时，也在不断的破坏人类的生存空间。材料的可持续发展----生态环境材料生态环境材料的概念最早是由日本东京大学生产技术研究所教授山本良一在1992年10月提出的，生态环境材料的英文名称Ecomaterials。由Environmental

Conscious

Materials或Ecological

Materials

缩写而成，可理解为环境意识材料或生态材料，也即环境友好型材料或环境协调性材料。生态环境材料优异的使用性能优良的环境协调性环境净化治理污染功能性舒适性材料可持续发展的根本生态环境材料（ecological

environment

material）:实质上是赋予传统结构材料、功能材料以优异环境协调性的材料，它要求材料工作者在环境意识指导下，开发新型材料，或改进、改造传统材料。生态环境材料并不是一类新材料，它是在人类认识到生态环境保护的重要战略意义和世界各国纷纷走可持续发展道路的背景下提出来的，是人类主动考虑材料对生态环境的影响而开发的材料，是对传统“材料科学与工程”概念内涵的拓宽，也是材料产业可持续发展的必由之路。“材料科学与工程是关于材料成分、结构、工艺和它们性能与用途之间的有关知识的开发和应用的科学”----美国材料科学与工程调查委员会（1979年）第二节

生态环境材料的内涵与定义一、环境材料的定义环境材料:指在加工、制造、使用和再生过程中具有最低环境负荷、最大使用功能的人类所需的材料。生态环境材料：实质上是赋予传统结构材料、功能材料以特别优异的环境协调性的材料。环境协调性：指资源和能源消耗少，环境污染小和循环再利用高。环境材料的性能：二、环境材料的内涵①在尽可能满足用户对材料性能要求的同时，必须考虑尽可能节约资源和能源，尽可能减少对环境的污染，要改变片面追求性能的观点；②在研究、设计、制备材料以及使用、废弃材料产品时，把材料及其产品整个寿命周期中对环境的协调性作为重要评价指标，改变只管设计生产，而不顾使用和废弃后资源再生利用及环境污染的观点；③这个定义的拓宽涉及多学科的交叉，不仅讲科学技术效益、经济效益，还要讲社会效益，把材料科学技术与产业的具体发展目标和全球、各国

可持续发展的大目标结合起来。见书P3三、环境材料的特征1、从材料本身性质来看生态环境材料的主要特征是:无毒无害、减少污染，包括避免温室效应和臭氧层破坏等。全寿命过程对资源和能源消耗少。可再生循环利用、容易回收。材料的高使用效率等。见书P22、从循环的角度来理解环境材料的特征是：从原料开采、制造、使用至废弃的整个寿命周期中，对资源和能源消耗最少、生态环境影响最小、再生循环利用率最高，或可分解使用的具有优异使用性能的新型材料。3、在环境材料这一总的概念指导下，不同的研究者有不同的理解，有些人认为，环境材料应具备的特征是：先进性：即它可以拓展人类的生活领域(Expanding

HumanFrontiers)，也能为人类开拓更广阔的活动范围；环境协调性（Environment

Conscious）：即能减少对环境的污染危害，从社会持久发展及进步的观点出发,使人类的活动范畴和外部环境尽可能协调,在制造过程中,材料与能源的消耗、废弃物的产生和回收处理应降低到最小,产生的废弃物也能被处理、回收、再生利用，且这一过程也无污染产生；舒适性(Amenity)：即能创造一个与大自然和谐的健康生活环境,使人类生活环境更加美好、舒适。也有些人认为环境材料的特征是：功能性、经济性和环境协调性等。这有利于对环境材料的评判，也符合现实情况。即在材料的寿命周期中，在其功能性、经济性基本相同的条件下对环境负担影响较小的材料。5、按照有关的研究报道和生态环境材料的要求，可将有关的材料特征分为十类：见书P41)节约能源： 2)

节约资源：3)

可重复使用： 4)

可循环再生：5)

结构可靠性： 6)

化学稳定性：7)

生物安全性： 8)

有毒、有害替代：9)

舒适性： 1O)

环境清洁、治理功能：四、环境材料的合成与加工工艺特征

见书P4能源节约工艺：能够通过提高能源效率或降低能量消耗但又不损害生产率来节省能量的加工方法。也包括热能循环。资源节约工艺：能够通过提高材料的效率或降低材料的消耗但不损害生产率来节省资源的加工方法。降低污染的加工技术：能够降低污染物(如废气、废液、有毒副产品和废渣等)排放但又不损害生产率的加工技术。净化环境的加工技术：能够净化有害物质(如废气、废液和有毒副产品)以及净化已经污染的空气、河流、湖泊和土壤等的加工技术。五、环境材料的分类根据环境材料的功能可分为：低（资源、能源）消耗材料、净化材料、吸波材料、（光、生物）可降解材料、生物及医疗功能材料、传感材料、抗辐射材料、相容性材料、吸附催化材料等。根据材料的用途可分为：工业生态材料、农业生态材料、林业生态材料、渔业生态材料能源生态材料、抗辐射材料、相容性材料、生物材料及医用材料等生态环境材料的分类第三节环境材料研究中的几个基本关系一、环境材料与传统材料和新材料的关系图1－2环境材料与其他材料的关系利用环境意识，一方面可以改造现有材料，使其与环境有良好的协

调性；另一方面在制造、设计新材料时，就注意与其环境相容性。环境材料并不是一种完全独立的材料种类，环境材料不全都是高新技术材料，有许多传统材料本身就具有环境材料的特征或可以发展成环境材料，甚

至有些垃圾废弃物经加工都可以制成环境材料。保护环境、爱护环境、珍惜资源的意识应贯穿于人类活动的全过程中，因此，环境材料的研究与发展不是阶段性的。它应当贯穿于人类文明社会的全过程中。环境材料不像其他材料，例如铁、铜、陶瓷一样，其发展是一代一代的。环境材料不是一代新材料。从人类自身的进步和发展来看，环境意识应贯穿于人类社会的全过程之中,也应当贯穿于人类开发、使用、制造、再生材料的整个过程中。环境材料本身应该而且是可持续发展的。返回二、环境材料与发展的关系三、环境协调材料与环境协调产品的关系环境协调材料与环境协调产品在概念上是有明显区别的。环境协调材料或环境材料:注重从环境协调性研究材料的环境负荷特性，力求最低的环境负荷。环境协调产品（Environmental

Conscious

Products,ECP）目前主要注重的设计要素为净化环境、防止污染、替代有毒物、再生利用、降低废物量、再资源化、耐久性、可分解性、产品易拆卸、省能、省资源。事实上，环境协调材料不一定能够制成环境协调产品。反过来，环境协调产品不一定是由环境材料构成。德国和日本是环境协调产品的大力推行者。在西方商品市场上，有环境标志的商品价格比同类商品的价格高20%～30%，且其销路极

佳。第四节生态环境材料的发展趋势一、环境材料的研究历史环境材料的研究目的：是寻找在加工、制造、使用和再生过程中具有最低环境负荷的人类所需材料,以满足人类生存和发展的需要。东西方人对材料追求的不同态度：西方人追求的是材料的先进性和舒适性；而东方文化崇尚自然的心境,则追求材料的自身协调和天人协调。东方文化追求天人和谐的思想,对当今材料领域有着深刻的影响。西方人对环境科学认识上的进步：随着全球环境意识的不断提高,西方的一些学者提出了建立“绿色材料和工艺”，并开发出有益于健康的良性环境材料和工艺,最大限度地对自然资源进行循环利用并开发其副产品,使之具有与大自然相互平衡的能力。1992年,日本东京大学山本良一教授首先提出环境材料

(Ecomaterials)的概念,并于1993年4月成立了“日本环境材料研究会”。我国政府的科技决策部门也充分认识到开展环境材料研究的必要性与紧迫性,如1996～2000年度国家高技术发展计划（863计划）中关于新材料研究项目指南中专门列入新型能源及环境材料这一专题;目前在以下领域我国材料科学工作者取得了相当的成果:材料的环境负荷评价方法及其实践；生物降解塑料；固沙植被塑料；新型能源材料；汽车废气的排放控制与处理技术；工业废水处理技术；工业废弃物的再生利用；氟里昂替代材料；生态建材；新型分子筛材料等。生态环境材料的几个方面：纯天然材料的开发和利用环境兼容性涂层材料汽车尾气净化用催化剂材料生物降解材料生态建筑材料绿色包装材料仿生材料降低环境负担性的材料加工工艺和技术二、生态环境材料的发展趋势1、关于生态环境材料及其学科的基本问题研究2、材料的环境负荷评价方法和标准的建立3、生态环境材料和产品的研究及开发4、制定与实施生态环境材料的教育计划5、推进生态环境材料研究与开发的国际合作与交流见书P8三、环境材料与社会发展进步关系图1-3

各种材料对社会发展的相对重要性四、研究环境材料应当注意的几个问题环境材料的概念或定义是一种定性的概念,判定环境材料的标准是随着科学技术的进步而变化的。在环境材料的定义中规定,材料的环境负荷相对较低,它是一个相对观点,是判定环境材料的标准时动态变化的根源所在。环境材料的研究从某种意义上将是在材料的环境负荷、目前经济与材料的性能之间寻找合理的平衡点。图1－4环境材料与使用性能间的平衡性思考题：用自己的理解给出环境材料的定义你认为哪些材料可以属于环境材料，试从你身边找出一些环境材料的例子。结合自己的体会，分析环境材料的未来发展趋势。从人类的历史进程分析材料科学与技术的发展，找出材料与环境的关系。第2章材料产业与生态环境《人类环境宣言》----人类既是他的环境的创造物,又是他的环境的创造者”。第一节

生态环境基础一、生态系统与生态平衡1、生态系统（1）生态学与生物圈：生态学：研究生物与其环境之间、生物与生物之间相互关系的一门科学。生物包括动物、植物和微生物。生物圈：地球上所有的生物及其生活领域的总和。生态环境材料（2）生态系统（ecosystem）：在一定的空间范围内,生物群落与其生存环境之间通过物质循环和能量流动所构成的综合体,是构成生物圈的基本结构单位。生态系统=生物群落+环境条件。任何生物群体与其生存环境所构成的占有一定空间的自然实体叫生态系统。自然界生态系统：一个池塘、一片森林、一块草地、一个水库、一个城市等等。生态环境材料无数个不同

的生态系统有机

地组合起来,便

构成了生物圈。

生物圈是地球上

最大的生态系统。生态环境材料（3）生态系统的组成：生产者、消费者、分解者和非生物环境。生产者：生态系统中能以简单的无机物制造有机物的自养生物。消费者：直接或间接利用生产者制造的有机物的各类异养性动物分解者：生态系统中起分解作用的异养生物。非生物环境：生态系统中无机环境的构成因子,它由有机物、无机物以及自然因素共同组成。生态环境材料2、生态系统的功能生态系统的四大基本功能：生物生产、能量流动、物质循环和信息传递；物质循环与能量流动密切相关；物质循环与能量流动存在根本的差别:生态环境材料能量物质单向流失过程；循环运动。3、生态平衡（1）生态平衡及其特征生态平衡(自然平衡)：整个生态系统始终处于不停地运动和变化之中,经过长时间的演变过程,生态系统趋于完善成熟,系统内各因素间能够相互适应、相互协调,生物的种类和数量、结构和功能以及物质和能量的输入、输出等可在长时间内处于相对稳定的状态,并在外来干扰下通过自我调节恢复到初始的稳定状态。生态平衡的特征：结构平衡、功能平衡、输入和输出物质在数量上的平衡，生态平衡是有条件的,同时它也是动态的相对的平衡。生态环境材料生态平衡失调的标志：结构上：缺损一个或几个组分；如澳洲原草原生态系统缺少分解者-蜣螂（屎壳郎）。功能上：能量留在某一营养层受阻，初级生产力下降，物质循环正常途径中断，循环再生利用率低。生态环境材料（2）影响生态平衡的因素：自然因素：指自然界所发生的异常变化。如火山爆发、地震、台风、山崩、海啸和水旱灾害等。生态环境材料人为因素：过度采伐、放牧、捕猎、环境污染等。生态环境材料森林植被破坏土地沙漠化藏羚羊的呼唤垃圾成灾人类对地球的破坏但是，经过几百年的掠夺式开发，盲目砍伐森林和滥垦草原，结果植被破坏殆尽，引起水土流失，因而成为一片荒山秃岭。黄土高原过去不仅有茂密的森林，还有茂密的草原。青山绿水穷山恶水黄土高原的历史变迁生态环境材料（3）生态平衡的恢复：采取各种措施（包括技术的、政策的）使已遭到破坏的生态平衡恢复原来的平衡状态或重建新的平衡的过程。环境保护的基本任务是维持生态平衡使之不受破坏,使生态系统正常、健康、持续地发展。生态环境材料生态环境材料二、环境与环境科学基础1、环境的含义指“影响人类生存和发展的各种天然和经过人工改造的自然因素的总体,包括大气、水、土地、矿藏、森林、草原、野生生物、自然遗迹、人文遗迹、自然保护区、风景名胜区、城市和乡村等”。《中华人民共和国环境保护法》生态环境材料自然环境：由空气、水、土壤、阳光和各种生物所构成,在环境科学中常常把这些自然要素描绘为大气圈、水圈、土圈和生物圈,这是人类赖以生存的物质基础。社会环境：指人们生活的社会经济制度和上层建筑的环境条件,是人类在物质资料生产过程中共同进行生产而形成的生产关系的总体。它是人类物质文明和精神文明的重要标志,并随着人类社会的发展不断丰富和演变。生态环境材料2、环境的基本类型按环境的形式分类：★可把环境分为自然环境和人工环境。按环境的功能分类：可把环境分为生活环境和生态环境。按环境范围的大小分类：可把环境分为居室环境、庭院环境、街区环境、城市环境、区域环境、全球环境等。按环境的要素分类：可把环境分为大气环境、水环境(包括海洋环境、湖泊环境)、土壤环境、生物环境(如森林环境、草原环境)、地质环境等。生态环境材料3、环境的基本特征(1)整体性与区域性：环境的整体性：指环境是一个系统，自然环境的各要素间存在着紧密的相互联系、相互制约的关系。环境的区域性：指环境（整体）特性的区域差异,具体说就是不同（面积不同或地理位置不同）区域的环境有不同的整体特性。生态环境材料(2)变动性与稳定性：环境的变动性：指在自然的和人类社会行为的共同作用下,环境的内部结构和外在状态始终处于不断的变化之中。环境的稳定性：指环境系统具有一定的自我调节能力。人类生产、生活行为对环境的影响不超过环境的净化能力时,环境可以借助自身的调节能力使这些变化逐渐消失,其结构和状态得以恢复。生态环境材料(3)资源性与价值性：环境的资源性：指人类社会生存发展都是环境不断提供物质和能量的结果。环境的价值性：指人类生活在环境中,没有环境就谈不上人类社会的发展。环境具有不可估量的价值。环境的价值源于环境的资源性。生态环境材料4、环境科学基础环境科学:是一门研究人类社会发展活动与环境（结构和状态)演化规律之间相互作用关系,寻求人类社会与环境协同演化、持续发展途径与方法的科学。环境科学的基本任务:揭示人类与环境这对矛盾的实质,研究人类与环境之间存在的对立统一关系,掌握发展规律,调节与控制人类与环境之间的物质交换与能量传递过程,找出解决矛盾的途径与方法,以便调整人类的社会行为,保护、发展和建设环境,从而使环境永远为人类社会持续、协调、稳定地发展提供良好的支持和保证,促使环境朝着有利于人类的方向演化。生态环境材料环境科学的性质:介于自然科学、技术科学与社会科学之间的边缘科学,是一门新兴的、综合性很强、由多学科到跨学科的庞大科学体系,它的研究内容在不断地充实和发展。环境科学的分支学科:属于自然科学方面的有环境工程学、环境材料学、环境地学、环境生物学、环境化学、环境物理学、环境数学、环境水利学、环境系统工程、环境医学等；属于社会科学方面的有环境社会学、环境经济学、环境法学及环境管理学等。正在形成的新的分支学科如环境伦理学、森林环境学、资源学等。生态环境材料图2－1不同特征的材料多面体a

传统材料四面体；

b环境材料六面体第二节一、(生态)环境材料学的概念环境材料学(生态)环境材料学（环境协调材料学）：是关于材料成分、结构、工艺和它们的性能与用途以及它们与环境的协调性之间的有关知识的开发和应用的科学。生态环境材料(生态)环境材料的研究目的：寻找在加工、制造、使用和再生过程中具有相对最低的环境负荷的材料,以满足人类文明社会的持续发展需要。学科的最重要特征：在于从环境保护的角度重新考虑和评价过去的材料科学与工程学,并指导新材料的研究和开发及传统材料的改造和相关加工和制备技术的发展。环境负荷：指某一具体材料在其生产、使用、消费或再生过程中耗用的自然资源数量和能源数量,以及其向环境体系中排放的各种(气态、固态和液态)废弃物之总量。生态环境材料环境负荷={资源,能源,排放物}={环境因子1,环境因子2,环境因子3}环境因子

1(EF1)代表

n过程中输入的各种形式的资源量之和。即原料量和辅料量之和。环境因子

2(EF2)代表

n过程中输入的各种形式的能源量之和,可以标准煤为其度量单位。环境因子

3(EF3)代表

n过程中输出的各种形式的排放物之总和。图2－2材料在第n过程中的环境负荷示意生态环境材料二、(生态)环境材料学的主要内容(生态)环境材料学的内容主要包括三个层次：基础理论研究应用研究评价系统研究(生态)环境材料学的基础理论研究:材料需求与自然环境的变化及其规律；材料的系统设计理论和方法；与环境协调的材料开发理论；低环境负荷的合金理论、无机材料理论和高分子材料理论；材料再生循环的热力学和动力学；材料的环境负荷数据库。生态环境材料(2)(生态)环境材料学的应用研究:低环境负荷材料的开发技术；循环再生材料的开发技术；功能性环境材料的开发技术；废弃材料的综合再生技术；现有材料中的有害元素和枯竭性元素的替代技术；材料中的杂质无害化技术；低环境负荷的工程制备技术和加工技术。(3)(生态)环境材料学的评价系统研究:材料的环境负荷评价系统；材料对自然环境的作用程度评价；现有材料的合理性评价；环境材料的论证体系及其标准；材料再生的合理性评价。生态环境材料一、材料生产和使用带来的环境和资源问题1.材料生产和使用对环境的影响从能源、资源消耗和造成环境污染的根源分析,材料及其产品的生产是造成环境污染、能源短缺、资源过度消耗乃至枯竭的主要原因之一。随着世界经济的快速发展,对资源的消耗速度在成倍增长。导致地球上有限的一次金属资源量锐减。例如Cu、Mn金属已开采了全球总储存量的50%；Zn、Au、Ag等金属已开采了其总量的70%～8Co、Fe、Ni、W等金属已开采了总储存量的30%～40%。人类文明社会目前所依赖的许多金属资源预计还能开采20～50年。生态环境材料第三节

材料对生态环境的影响目前可供开采的金属资源的品位越来越低,如铜矿石的可开采品位已从1900年的3%下降到现在的0.5%左右。同样生产1t金属材料所要求投入的矿石量和能源量更多,与此同时,产出的废弃物亦越多。图 生产1t金属，矿石品位与矿渣的关系矿石品位/%矿渣/t金属材料的回收利用率较低也是引起金属资源枯竭一个重要的原因。如生产量和消费量很大的汽车、家用电器等几类产品为

例,除了消费大量的钢铁、铜、铝等金属外,还使用了镍、铬钨、钼等20多种稀有金属。大量的产品废弃之后,许多稀有金属很少或几乎没有得到回收。造成稀有金属资源巨大浪费。几类机电产品中所含的稀有金属产品名称稀

有

元

素元素种类汽

车Ni,Cr,W,Mo,Mn,V,Sr,Sb,Pt,Pb,Ti,Be,In,Te,Ba,Tl16彩色电视机Ni,Cr,Mn,Nb,Sr,Sb,Ta,Ge,Ga,B,In,Ba,Bi,R

e14家用电器Ni,Cr,Sr,Sb,Ta,Pb,Ti,Be,Ga,B,In,Ba,Bi,Re14生态环境材料材料种类能耗/万t标准煤占工业总能耗比重(%)矿产采选业1419.141.54化学纤维制造业1705.021.85橡胶制造业645.870.70塑料制造业658.830.71非金属矿物制造业9980.8710.81黑色金属冶炼17136.3318.56有色金属冶炼3892.764.22金属制品业1129.401.22材料产业合计39.60工业总能耗92346.68100本世纪初年我国主要原材料工业的能源消耗统计生态环境材料材料矿物燃料能耗排碳量MJ/KgMJ/m3Kg/tKg/m3木材1.5~2.8750~139030~5615~28混凝土2.0480050120钢材35266,0007005320一次铝4351,100,000870022,000再生铝1333,000生产各种材料消耗的能量及碳的排放量生态环境材料生态环境材料本世纪初我国主要原材料工业污染物排放统计材料产业工业废水/万t工业废气/亿m3(标准状态)固体废物产生量/万t矿业125804408935903化学纤维工业596952811355橡胶制品业707043172塑料制品业258824633非金属矿物制造业其中：水泥制造业4619428055340622797519601071黑色金属冶炼1917452501511858有色金属冶炼3745199584477金属制品业1174248776合计51034410507455805占工业排放总量百分数(％)25.1965.3262.812.面临的环境和资源问题(1)环境问题：人类的材料生产和使用是从自然环境中获得物质资源,然后又将使用过的材料及废弃物质还给自然环境,从而参与了自然界的物质循环和能量循环,不断影响着自然环境。由人类生产活动引起的环境问题具体表现为以下两个方面:一是由于不合理的开发和利用资源所引起的环境衰退、资源耗竭,破坏了生态平衡；二是由于工业发展,排出的废水、废气、废渣和噪声给环境带来的污染问题。这类环境问题所造成的危害多是潜在的、积累的、慢慢产生影响,所以在短时期内不大容易引起人们的足够重视。生态环境材料酸雨：由工业生产、燃煤及汽车尾气排放出来的NOx、SOx等进入大气后产生，其主要危害是破坏森林生态系统,改变土壤的性质与结构,破坏水生生态系统，腐蚀建筑物和损害人体的呼吸道系统和皮肤。酸雨的危害遍及欧洲和北美,分布地区较广。酸雨有时飘越国境影响别国,造成跨国污染。所以酸雨问题不仅被视为区域性环境污染问题,甚至被列入全球性环境问题。生态环境材料生态环境材料生态环境材料2010年在全国开展酸雨监测的696个城市中，357个城市出现酸雨，占51.3%，酸雨污染严重。2010年我国二氧化硫排放总量为2549万吨，超过“十一五”规划总量控制目标(1800万)749万吨。没有实现“十一五”规划要求的二氧化硫减排

10%的目标。“十二五”期间，减排SO2成为我国环境保护的重点，把SO2、化学需氧量减排10%作为“十二五”规划的约束指标。因此，减排SO2就必然是各工业企业治理环境污染，加强环境保护的重点。生态环境材料钢铁厂外排大气污染情况生态环境材料烧结工序外排SO2污染情况生态环境材料国内外吨钢排放SO2水平比较生态环境材料臭氧层损耗：大气中的臭氧每减少1%,照射到地球表面的紫外线就会增加2%,人类皮肤癌的发病率就会增加7%,白内障患者就会增加6%。紫外线辐射增强对动植物的生存也是灾难性的。它可能使地球上三分之二的农作物减产,从而导致粮食危机。另外还可导致某些海洋生物的灭绝。生态环境材料温室效应：人类大量使用石油、煤和天然气等化石燃料, 释放到大气中的二氧化碳等温室气体的含量愈来愈多, 导致全球气候逐渐变暖。它将会导致海水变暖和膨胀, 加速极地冰川和冻土的融化, 造成海平面上升等，使沿海生态系统被破坏, 对农业生态系统也有影响。目前世界上大约有1/3的人口生活在海岸线6OKm的范围内, 如果全球变暖, 海平面升高, 一些城市和乡村可能被淹没。此外, 气候变暖会打破原有的生态平衡，引起物种灭绝。水体污染：是指对自然环境有恶劣影响的水质恶化。材料生产过程中的工业废水含有多种污染物，水体污染不仅妨碍工农业生产，影响水生生态系统，还直接和间接地危害人体健康。生态环境材料水中污染物质的主要来源污染物质主要来源镉及其化合物金属矿山、冶炼厂、电镀厂、镉电池厂、化工厂铅及其化合物金属矿山、冶金厂、汽油、电池厂、油漆厂、铅再生厂铬及其化合物金属矿山、冶炼厂、电镀厂、合金制造厂、催化剂制造厂汞及其化合物炼汞厂、化工厂氰化物焦化、电镀厂、金属清洗厂、化工厂砷及其化合物铜矿厂、冶炼厂、油漆厂生态环境材料20世纪10大环境公害事件生态环境材料生态环境材料20世纪70年代以来发生的重大公害事件一些材料生产过程对环境的影响材料

大气水土壤/土地纸、纸浆排放含SO2、NOx、CH4、CO2、CO、硫化氢、氯化物、二

英等废气水资源消耗排放悬浮性固体物、有机物、有机氯、二垩英水泥、玻璃、陶瓷排放含砷、钒、铅、铬、硅、氟化物粉尘及SO2、NOx、CO2、CO、等废气排放含油、重金属离子废水矿物资源及土地消耗排放固体废弃物金属及矿物开采排放各种粉尘及有害气体排放含金属离子及有毒化学品废水钢铁排放含砷、镉、铅、铬、铜、汞、镍、硒、锌等颗粒物和粉尘，以及含

有机物、酸雾H2S、HC等废气紫外线辐射水资源消耗排放含无机物、有机物、油、金属离子、悬浮性固体物废水矿物资源及土地消耗土地退化矿物资源及土地消耗排放固体废弃物有色金属排放含铝、砷、镉、铅、铬、镁、锰、铜、汞、镍、硒、锌、碳黑、气溶胶、SiO2等颗粒物和粉尘，以及含SO2、NO、H

S、CO氯化物、氟化物、有机排放含金属离子及有害化学品废水排放固体废弃物土地退化生态环境材料(2)资源问题：自然资源是国民经济与社会发展的重要物质基础,是人类生存和生活的重要物质源泉,是维护环境和生态平衡的核心。目前人类所面临的资源问题主要表现在：矿物资源迅速耗竭,水土

流失和荒漠化加剧,淡水资源不足,森林资源砍伐严重,愈来愈多

的物种濒临灭绝。目前我国资源的主要矛盾表现在资源供给不能满足经济发展的需要。我国经济发展速度对资源的需求已达到前所未有的程度。但是,现有资源的利用效率不高,资源浪费严重。矿产资源的开发总回收率只有30%～50%,比发达国家平均低20%左右。每万元国民收入的能耗为20.5t标准煤,为发达国家的10倍。在我国资源的开发和利用中存在严重的“高投入、低效率、高污染”的问题。生态环境材料日趋严重的地球环境问题人口增长率：3人/秒1989年52.1亿2050年100亿发达国家8.3亿9亿发展中国家39.5亿86亿耕地面积需增加3亿公顷（490万公顷/年）道路/住宅需增加1亿公顷致使森林面积减少4亿公顷野生动植物减少（生态平衡破坏）CO2排放量增加率7～14亿吨/年臭氧层破坏（无国界）酸雨温室效应：至2050年平均气温增加2.5±1℃（1℃/30年）古代气温升高5℃造成冰川期的结束。生态环境材料世界能耗增长趋势生态环境材料全球矿产资源枯竭时间的预测年代21世纪50年代21世纪70年代21世纪80年代22世纪20年代矿产资源一般矿产资源金属矿产资源石油、天然气资源煤资源我国几种原材料的单位GNP（国民生产总值）资源消耗率与世界平均水平的比较材料钢材铜铝铅锌我国消耗率3.63.72.42.72.2世界平均水平11111生态环境材料通过各种冶炼、加工制造、储存运输及使用消费等进入环境，也以废弃物的形式被人们直接排放到环境中。环境中存在的化学物质约有55000种以上人造化学物质居多：难以分解 逐渐积累研究较多的是那些与人类生活关系最密切的物质, 如医药、食品添加剂、日用品等。添加剂：天然物质(少数)+人工合成(大部分), 会发生潜移默化的作用。有些添加剂虽然本身无害, 但在使用过程中发生某些化学反应后,就有可能生成有毒、有害的物质。常用防腐剂亚硝酸盐和环境中的二级胺和三级胺作用生成亚硝胺化合物。而亚硝胺是一种重要的致癌性污染物。二、材料中化学物质对环境和人体的影响生态环境材料日用化工制品:是环境化学物质重要的污染源。此外,有机溶剂如涂料、粘结剂、干洗剂、印刷用的稀料、有机合成等都离不开有机溶剂,常使劳动环境、生活环境受到污染。广泛存在于环境的化学污染物有些具有较强的致癌作用。化学污染物对人体健康的影响问题已成为环境医学、环境生物学以及环境化学的重要研究课题。生态环境材料第四节 材料中主要元素的环境和资源特征一、化学元素的环境分布特征自然界的物质循环,使构成物质的化学元素在环境中不断地迁移转化，由于化学元素的迁移转化,使其在环境中的分布体现出普遍性、富集性和共生性三大特征。1、普遍性在自然界中,构成物质的90多种元素,不仅广泛存在于宇宙中,而且均存在于地壳层中由矿物、岩石和土壤等构成的各种地质体中,体现出化学元素分布的普遍性。生态环境材料丰度的概念：化学元素在地壳中的平均含量称为丰度。克拉克值：为纪念美国科学家克拉克在计算地壳中元素平均含量所做的贡献，将各元素在地壳中含量的百分比称为“克拉克值”，如以质量百分比表示，称为“质量克拉克值”，简称“克拉克值”；如以原子百分数表示，则

称为“原子克拉克值”。生态环境材料2、富集性化学元素在地壳中的含量分布不仅相差很大,且很不均衡。由于某些地质条件的作用,如风化、沉积、火山爆发、岩浆活动等促使有用的化学元素发生富集现象,出现了地壳中化学元素分布的第二个特征——富集性。由于地质成矿作用极少发生,元素富集需要相当漫长的岁月,因而具有工业开采价值的矿床数目和数量是极其有限的。地壳中元素富集形成过程所需时间是以亿年为单位的,而人类大规模开采矿石是以10年为单位,两者相差108年。如果人类将具有开采价值的矿床采空,就会导致金属资源枯竭。生态环境材料表2-10主要金属元素的开发技术指标顺序金属元素在地壳中所占比例/%矿石开采品位/%富集系数1Al8.24052Fe5.6254.53Ti0.571.52.64Mn0.095252635VO.01350.5376Cr0.0104040007Ni0.00751.01338Zn0.00702.53579Cu0.00550.59010Co0.00250.28011Pb0.001253240012U0.000270.013713Sn0.000200.5250014Mo0.000150.166615W0.000150.3200016Hg0.0000080.11250017Ag0.0000080.00562518Pt0.00000050.000240019Au0.00000040.0001250生态环境材料3、共生性（复合性）地壳中的化学元素具有

富集性,但这种富集是一种多组元的共生富集,即共生性或复合性。世界上尚不存在具有工业开采价值的单一化学元素形成的矿床,很多常见矿产都具有多种有用伴生元素。因此,开采某一矿床时必然涉及多

种元素的综合利用。表2-12铜矿物的种类及其组成组成理论铜品位/%矿物名种类

名

英

文

名称自然铜NativeCu100.00氧化铜硫化铜CuFeS54copper赤铜矿CupriteCu2O88.8孔雀石MalachiteCuCO3·Cu(OH)257.3硅孔雀石黄铜矿CuCO3·Cu(OH)2ChalcopyCuSiO3·2H2O256.034.5rite斑铜矿BorniteCu

FeS63.3Chalcoci辉铜矿teCovellitCu2S79.8铜

蓝eCuS66.4硫砒铜矿EnargiteCu3(As·Sb48.3生态环境材料矿铁产名矿称锰矿铬铁矿铜矿铅锌矿硫化镍矿钨

矿锡

矿钼

矿汞

矿锑

矿铂

矿金

矿铍

矿锂

矿表

2-11

某些矿产的有用伴生元素有用伴生元素Co、Ni、Cu、Mo、Pb、Zn、Sn、Ti、V、Ge、Ga、PFe、Co、Ni、稀有金属Pt、Pd、Ir、Os、Ru、Rh、Co、Ti、V、NiFe、Pb、Zn、Co、Sb、Au、Ag、As、Cd、Se、Te、Ge、Ga、ReCu、Au、Ag、Ge、Cd、Sb、Bi、Sn、In、GaCu、Fe、Cr、Co、Mn、Pt、Pd、Ir、Os、Ru、RhSn、Mo、Bi、Au、Ag、Cu、Pb、Zn、Sb、Be、Li、Nb、Ta、AsCu、Pb、Zn、W、Bi、Mo、Ag、Sb、Nb、Ta、S、As、FeW、Sn、Cu、Pb、Zn、Au、Ag、Bi、Be、U、Re、SSb、Cu、U、Mo、As、Bi、Au、Ag、TlHg、Au、WCu、Ni、Co、AuCu、Ag、Pb、Zn、Sb、Mo、Bi、YNb、Ta、Li、W、Sn、Pb、ZnNb、Ta、Be、Rb、CsGa、V、Ti、CoB、Li、I、Br、Cs、Rb、MgU、Ge、Ga、In、S铝土矿钾盐矿煤矿磷矿生态环境材料二、金属资源的储量及其寿命1、金属元素的生物、植物效应金属元素进入生物体或人体后将产生一系列的生物效应。按金属元素对人体的作用不同,分为三个大类：即必需元素、有害元素及有毒元素。但即使是某一必需元素,其在人体内的浓度也有一个最大极限。一旦超过这个极限,必需元素也将转化成有害元素。生态环境材料生态环境材料表

2-13

各种纯金属元素的人体生物效应及其特征金属元素性质作用体内含量/mg摄人量/mg.d-1过量反应Fe必需元素促进代谢、构成蛋白4×10315铁中毒、损害肝肾A1有害元素干扰代谢、骨髓病变10045干扰磷吸收、影响神经Mo必需元素参与代谢、构成酶类90.2钼中毒、骨质异常Mn必需元素促进代谢、构成酶类85.0锰中毒、损害神经Cu必需元素促进代谢、维持发育1003铜中毒、溶血症Zn必需元素参与代谢、构成酶类2×1032.2锌中毒、致癌Cr必需元素促进代谢、协助胰岛素60.1铬中毒、致癌Cd有毒元素抑制酶、取代酶中Zn400.05损害肺、肾、骨骼软化Pb有害元素干扰生化、生理反应0.04损害各系统和器官Ni必需元素增加胰岛素、降低血糖10400损害呼吸道、鼻癌Co必需元素参与酸类活动1.10.3影响心脏功能V必需元素参与氧化-还原反应0.3×10-42钒中毒、损害肾、肝Li必需元素药理作用2锂中毒、损害神经生态环境材料金属元素表2-14性

质金属元素对植物的效应及其特征过量效应欠量效应Cd有害元素抑制根系发育、影响生长Pb有害元素影响代谢、形态异化Cr必需元素毒害作用,抑制生长影响正常发育Cu必需元素褪绿、阻碍Fe的吸收发育受阻、缺Cu症Zn必需元素损害根系光合作用减弱、缺Zn症Co非必需元素褪绿、阻碍Fe的吸收Mo必需元素未发现影响固氮、缺Mo症Fe必需元素很难发现失绿、枯萎、缺Fe症Mn必需元素在酸性土中Mn中毒影响光合作用,缺Mn症Al非必需元素抑制根系生长2、储量及寿命人类社会所需要的各种金属元素均以矿产的形式存在于地壳之中。这种金属矿产资源称之为一次资源。金属储量是指由于地质作用的结果,在地壳中某些地段内形成金属矿物的富集,其质量能够满足工业要求,并在当前经济技术条件下能够开采的自然堆积体的总量。金属资源的可开采年限又称为金属资源的静态寿命,即某金属资源的当年总储量与其当年总产量之比。生态环境材料表2-15各种金属资源的储量和可开采年限元素1976年储量/t可开采年限1984年储量/t可开采年限1988年储量/t可开采年限1990年储量/t可开采年限1994年储量/t可开采年Felx10121096.5x

10101301.53x10111671.51x10111756.5x10107限1All.2x109352.Ox10112502.18x10112242.18x10102002.3x1010216Mn1x1091258x10840Til.47x108511.7x108601.7x1082x10856Cr7.75x1081121.1x1091004.19x1081.4x109128Ni5.2x107705.4x107654.9x107524.7x10755Mo5.4x106365.4x106505.5x10657Co2.7x106803.3x1064x10688W2.8x106622.35x1062.3x10673Cu3.08x108245.0x108713.5x108413.2x108363.1x10833Pb1.46x1010507.5x107227.Ox107216.3x10721Zn1.23x108182.43x108401.47x108211.44x108201.4x10819Ag2x105142.6x105202.8x10520生态环境材料3、影响寿命的因素影响金属寿命的因素主要包括三个因素,即某一金属元素在地球上的总储藏量、金属资源的消耗量或生产量以及该元素物质的再生量。前两个因素构成了某一金属资源的静态寿命,它取决于当年的科学技术发展水平及其已探明的储藏总量。动态寿命（循环寿命）：指某一资源的当年储藏总量与其当年总产量和再生总量之差的比。某一物质的再生总量越大,其资源的循环寿命或可供开采的年限越长。在讨论金属资源的寿命时,应该树立开源节流的观点。开源就是开发新的可代替的资源,节流即指资源的循环再生。前者是环境材料学的研究重点之一。生态环境材料生态环境材料表2-16某些金属资源的动态可开采年限(以1994年为基准)再生率0%10%20%30%40%50%60%70%Al216240270308360432540720Fe717989101118142178237Cu33374147556683110Mn404450576780100133Cr128142160183213256320427Ti5662708093112140187Ni5561697892110138183Mo5763718195114143190Co8898110128147176220293W738191104122146183243Zn1921242732384863Ag2022252933405067Pb2123263035425370Sn424753607084105140Sb96107120137160192240320Pt族199221249284332398498663Ta62697889103124155207Zr61687687102122153203表2-17材料各种新的可代替资源可能的代替资源铝高岭土、橡胶、塑料矸石斜长石、煤炭铬镍、钼、钒钴镍铜铝、塑料钼钨、钒、锰、钽、硼锡铝、塑料钨钼、钛、铝、陶瓷锌铝、塑料、镁镍铝、铬、钼、钒、钨、锰、钛、陶瓷、塑料铌钒、钛、钼、钽锆铝、铌、钒、二氧化铁生态环境材料第五节材料流与资源效率和环境影响一、材料流材料流（Materials

Flow）又称物质流（Mass

Flow）,也称材料链(substance

chain)。材料流也可以说是材料背负的生态负荷或称生态包袱(Ecological

Rucksack)。指从材料的采矿开始，包括生产加工、储运、销售、使用，直至废弃的全过程。图2-7

典型材料流循环过程示意图700

Kg型材钢铁材料：8t矿石 1t钢500kg金属制品生态环境材料（一）、材料流（理论）分析材料流分析(Materials

Flow

Analysis,MFA)是指用数学物理方法，对在工业生产过程中按照一定的生产工艺所投入的原材料的流动方向和数量的一种定量分析的理沦。它通过对自然原始物质在开采、生产、转移、消耗和废弃等过程的分析,揭示物料(包括能源、水资源等)在特定范围内的流动特征和转化效率,找出环境压力的直接来源,进而通过技术措施,提出相应的减少环境压力的解决方案,提高资源效率,作为评价该地区、产业和行业及产品等发展的可持续性指标,为实现可持续发展的近、中期目标提供科学依据。材料流理论是一种方法学，其理论基础就是物质不灭定律和能量守恒定律。主要用于研究、评价工业生产过程中所投入的原材料的资源效率，找出提高资源效率的途径。生态环境材料（1）4倍因子理论4倍因子理论是德国Wupperdal研究所的所长Weizsaecker教授于

90年代首先提出的。其宗旨是在社会经济和生产活动中,通过采取各种技术措施,将能源消耗、资源消耗降低一半,同时将生产效率提高一倍,即在同样能源消耗和资源消耗的水平上,得到4倍的产出。1995年,出版专著《4倍因子:半份消耗,倍数产出》。式中：R——资源效率；P——产品产出量；I——原材料、能源投入量。4倍因子理论对有效利用资源、改善生态环境、实现社会和经济的可持续发展具有指导性意义。即从资源效率角度减少原材料消耗、增加产品的有效产出,从源头上实现减少排放,保护了环境,是治本之道。生态环境材料（2）10倍因子理论10倍因子理论是由德国Wupperdal研究所副所长Schmidt-Bleek教授于1994年率先提出。其核心思想是：为了保持现有的生态环境水平,必须通过提高资源效率来平衡和补偿对环境的破坏,必须继续减小全球的物质流量。据推测到2050年,地球上的人口将是现在的2倍,同时,世界各国的国内生产总值(GDP)将增长3～6倍,取平均值为5,则二者之积为10,按现在的水平发展对环境的影响将增加

10倍,因此必须将资源效率和能源效率提高10倍。这样才能让人类的子孙后代在地球上继续生存下去。式中：I——环境影响；P——人口；GDP——国内生产总值。生态环境材料F-10俱乐部Schmidt-Bleek教授还在法国创建了国际10倍因子(Factor10+)俱乐部,旨在推行10倍因子理论和实践。该俱乐部向全世界发表了著名的致政府和产业领袖的1997卡诺勒斯宣言,提出了在一代人之内,将资源和能源的生产效率提高10倍的目标以及实现这个目标应采取的技术措施。宣言指出,进入经济活动的所有物质或迟或早都要被消耗或排放进入环境,到头来是环保费用的持续增长。因此,要降低环保费用,首先需要降低和减少物质从自然界(即环境)流入经济活动圈的进入量,从而减少污染物排放量。通过减少污染物的处理量,最后使环保投资费用降低。生态环境材料（3）极值理论极值理论指出：对一定的原材料投入，有效产品的产出率越高，废弃物产生量就越小。从环境保护的角度看，就是要求最大的产出率和最小的废物排放率。可用等式表示：式中：I——物质总投入量；P1,P2——有用产品产出量；W1,W2——废物产出量；R——资源效率，即有用产品产出量除以物质总投入量；O——废物产出率,即废物产出量除以物质总投人量；求 极大值,即极小值,

即,则可获得最大资源效率。同时，求,则可获得最小废物产出率。生态环境材料生态环境材料对经济活动中的任何一个生产过程或流通过程，若求得了最大资源效率，同时也就得到了最小的废物产出率。即在这个条件下，该过程对环境的影响最小。若要进一步降低环境污染，则需要通过技术措施，提高有用产品的产出量，即提高资源效率，才有可能进一步降低废物排放量。材料流理论分析是生态环境材料研究的一个有效工具。通过材料流分析，了解物质和能源的走向，对最初和最终的物质总量进行极值分析，使该经济活动的资源效率、环境污染状况一目下然。因此，极值理论将资源和环境之间的关系进一步简单化、定量化。而在应用极值理论时，对过程的材料流分析显得必不可少。（二）、材料流理论的应用实践全球环境的恶化主要是经济活动引起的，而资源效率是经济活动能否实现可持续发展的关健。针对如何提高资源的利用效率、节约能源、减少环境污染，许多国家组织和企业都借助于材料流分析进行下改善资源效率的实践。设在美国首都华盛顿的世界资源所

1997年曾与德国WUPPERTAL气候、能源和环境研究所，日本国立环境研究所，荷兰房屋、土地规划和环境保护部等单位合作，联合发表了一份关于材料流的调查报告，列举了德国、荷兰、日本等国的材料流年度调查结果。生态环境材料图2-8

1991年德国全国材料流分析示意图图中数据的单位均为亿t。（资源效率17.9%）生态环境材料图2-9

1991年荷兰全国材料流分析示意图图中数据是平均每人的年材料流量（单位为t/人），按1991年荷兰人口1500万人估计,当年荷兰的材料流总量约在12亿t左右。（资源效率49.5%）生态环境材料图2-10

1990年日本全国材料流分析示意图图中数据的单位均为亿t。（资源效率60.8%）生态环境材料图2-11

我国某钢铁企业材料流分析示意图利用材料流理论分析方法，计算得出该材料生产的总资源效率为30.7%。生态环境材料三、材料生产的资源效率1、资源概述现代社会里，关于资源可理解有自然资源、入力资源、社会资源、信息资源、旅游资源、物质资源等。其中自然资源可分为矿产资源、水力资源、海洋资源等；物质资源可分为自然物质资源、人工物质资源及废弃物质资源等。在一般意义上，资源是指人类可以直接从自然界获得并用于生产和生活的物质。资源是自然环境的重要组成部分，通常又称为自然资源。自然资源可分为三大类：第一类为取之不尽的资源，如空气、风、太阳能等；第二类为可再生的资源，如生物体、水、森林、草地、海洋、土壤等；第三类称为非再生资源，如矿物、化石燃料等。生态环境材料能源表 矿产资源种类煤、石油、天然气、油页岩、铀、钍等金属矿产黑色金属、有色金属、贵金属等非金属矿产冶金辅料：石灰石、萤石、硅石等化工辅料：硫铁矿、磷矿、硼矿、盐、天然碱等其

他：石棉、刚玉、水晶、玛瑙等资源具有社会性、自然性和商品性三个特点。资源的社会性指资源随着国家和时代的不同而不同，如16世纪人类对中东地区石油资源的认识远不如20世纪那样深刻。资源的自然性指资源随着地域的不同，其丰饶程度也有所不同，例如全世界的贵金属资源90%以上集中在南非。资源的商品性指资源可以进入市场进行流通，如目前我国钢铁工业所需大量铁矿石从澳大利亚、巴西市场购买。生态环境材料现今，人类所需能源的97%来自非再生的矿物能源。据统计，我国的能源对单位GNP的产出率仅为世界平均水平的1/7，表明

我国的能源效率很低。我国90%以上的能源和80%以上的工业原

料都取自矿产资源，每年投入国民经济运转的矿物原料超过60亿t。对非再生资源的需求趋向于负荷的极限，引起了严重的资

源短缺问题。因此，为了解决经济发展中的资源瓶颈问题，实

现我国社会经济的可持续发展，最积极的措施是提高资源效率。生态环境材料2、资源效率资源效率指在某一生产过程中所产出的有用产品占所投入原料总量的百分比。环境污染，很大程度上是由于工业生产过程中所投入的原材料没有变

成有效产品，而作为副产物排放到环境中，形成环境过量承载的一种现象。显然，材料生产过程的资源效率越低，最终造成的环境污染越重。我国经济规模已居世界前列，发展速度令人瞩目，对资源的需求已达到前所未有的程度。一方面经济发展已受到某些资源短缺的约束；另一方面现有资源的利用效率不高，浪费严重。矿产资源的开发总回收率只有30%～

50%，比发达国家平均低20%左右。每万元国民收入的能耗为20.5t标准煤，为发达国家的10倍。在我国资源开发和利用过程中存在“高投入、低效率、高污染”的问题。生态环境材料材料FeMnAlCrZnCuTiNi主料2.04.02.52.54020066.7100.0辅料21.625.731.377.3123.610.7785.7614.5资源效率4.24%3.37%2.96%1.25%0.61%0.47%0.18%0.14%生态环境材料表 生产1t纯金属材料所消耗的资源及资源效率表 我国材料生产的资源消耗与国际平均水平的比较材料能源钢铁木材水泥橡胶塑料化纤铜铝铅锌国际水平11111111111中国水平7.03.65.012.06.01.59.03.72.42.72.23、资源保护和综合利用(1)资源保护 广义的资源保护指人类在维护自然的生态系统及其综合体过程中，对开采和利用资源采取的平衡观念和行动；狭义的资源保护一般指对资源进行有效的综合利用，提高资源效率。资源保护的措施：主要有评价、管理、利用和监督等几个方面。资源评价包括对资源价值、开采价值、开采目的等方面进行综合评价，最后根据资源效率来决定资源利用的意义；资源管理包括在资源使用过程中的资源回采率、贫化率、加工回收率等方面进行综合管理，以保证资源效率；资源利用包括资源的开采技术、分选水平和资源的综合利用水平等方面；资源监督主要是保证资源利用过程中的经济效益、社会效益和环境效益要统一，而不是矛盾和对立的。从资源效率的角度，特别要注意提高资源加工水平，拓宽资源用途，加强资源的再回收利用程度等。生态环境材料关于资源的有效利用，从技术方面来考虑：首先是节约自然资源，提

高单位资源利用的效率。其次是发展替代资源，包括生产中的替代和消费

中的替代。科学技术的发展，使人类在采用替代资源的同时，能保证产品

的用途和质量等不受影响。第三是延长产品的生命周期，使用寿命的延长，意味着同种产品的原材料消耗降低，产生的废物减少。关于资源保护，从管理上说：要注意经济、社会和生态效益相结合，

不能只注意环境影响，阻碍经济的发展。还要开发与保护相适应，不能只

保护，而不开发利用，那样就失去了拥有资源的意义。另外，资源保护要

注意当前与长远相结合，在现有的技术水平上，尽量提高资源利用的效率，资源保护还要注意因地制宜、平衡发展、统筹兼顾、综合利用。把资源的

规划和设计工作做在前面，最终使现有的资源能够充分利用。生态环境材料（2）一次资源的综合利用将某一生产过程中排出的废弃物直接作为下一生产过程的原料加以利用称为一次资源的综合利用。从材料与环境的角度看，我国目前的一次资源综合利用主要集中在3个方面，即矿业废弃物冶金废弃物和化工废弃物的综合利用。矿业废弃物的综合利用：由于我国几种主要原材料包括钢铁、水泥、玻璃等产量都居世界第一，故矿业废弃物在我国属于量大类多的固体废弃物，每年排放的矿业废弃物达350亿t之多。因此，做好矿业废弃物综合利用，对减缓环境污染，提高资源效率有重要作用。生态环境材料表 我国矿业废弃物综合利用的典型示例废弃物用途Fe、Cu、Pb、Ni、Zn等尾矿砖瓦原料Cu、Mn、Co、Mo等尾矿微量元素肥料石灰岩、大理石、板岩、凝灰岩等尾矿水泥原料、混合材料石英砂、长石、白云石、石灰岩等尾矿玻璃、陶瓷、耐火材料镁质泥灰岩、白云石、石英岩、砂岩等废石矿物路面辉绿岩、玄武岩、花岗岩等尾矿铸石煤矸石砖、水泥、筑路材料生态环境材料冶金废弃物的综合利用：例如，冶金行业的水资源回收率相对于国际水平比较低。根据1996年的数据，国外每生产1t钢，平均消耗水为4.74t，国内平均消耗水约29.8t。国外炼钢用水循环利用率在75%以上，国内仅为

25%左右。冶金行业的热资源利用是资源综合利用的一个重要方面，平均约2/3的热资源可以由余热提供。我国的钢产量世界第一，关于钢渣的综合利用意义很大。现已有用钢渣生产水泥，建筑瓷砖,以及掺人肥料或用作筑路材料等。另外，在炼铁过程中排放的含铁废泥，铁含量可达30%～80%将其重新冶炼，是铁资源综合利用的一个重要措施。化工废弃物的综合利用：目前主要集中在回收、重复利用化工原料；将三废加工转化为其他工